jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)的原理及應(yīng)用

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jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)概述

??jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)主要包括：方法區(qū)、堆、虛擬機棧、本地方法棧、程序計數(shù)器等五大部分， 下面我們來具體看一下每一個部分。

1.1 虛擬機棧

• 作用：
  虛擬機棧描述的是java方法執(zhí)行的動態(tài)內(nèi)存模型，通過進(jìn)棧、出棧來實現(xiàn)方法的調(diào)用結(jié)構(gòu)。

• 分析：
  ??棧結(jié)構(gòu)的特點是后進(jìn)先出，方法調(diào)用的過程也是后調(diào)用的方法返回結(jié)果后，先調(diào)用的方法再接著執(zhí)行，你是干柴，我是烈火。你是魚兒，我是小河。（此處不知道是蛋孵化了雞，還是雞生出了蛋）

??以methodA調(diào)用methodB為例，來看一下方法棧的執(zhí)行過程
首先是主方法進(jìn)入空棧（圖中免去了這一步），主方法中調(diào)用methodA --》 methodA入棧 --》 methodA調(diào)用methodB --》 methodB入棧 --》 methodB執(zhí)行完畢，出棧并返回返回值 --》 methodA執(zhí)行完畢，出棧并返回返回值 --》主線程執(zhí)行完畢并出棧（圖中免去了這一步）--》程序執(zhí)行完畢。
??那么methodA、methodB中到底包含了哪些內(nèi)容呢？
??我們不如從方法定義的角度來思考一下，編寫程序時，里面經(jīng)常出現(xiàn)的幾個要素?zé)o外乎：變量、控制結(jié)構(gòu)（循環(huán)、分支）、函數(shù)調(diào)用（也可以叫方法），函數(shù)其實就是用一定的控制結(jié)構(gòu)來操作變量，中間穿插著其他函數(shù)的調(diào)用，分支結(jié)構(gòu)主要控制的是程序執(zhí)行到哪一行，這個由我們后面1.5章節(jié)要講到的程序計數(shù)器來實現(xiàn)，函數(shù)調(diào)用層次如上面所說由虛擬機棧來支持，而變量以及方法的出口就是methodA、methodB中的主要內(nèi)容。
??methodA、methodB在虛擬機棧中叫做棧幀，棧幀中包括變量(局部變量表-基本類型、對象引用-對象內(nèi)存地址等)以及返回值地址等信息，可以看出棧幀中包含的內(nèi)容是編譯器就可確定大小的，當(dāng)進(jìn)入一個方法時，需要分配多大的局部變量空間是完全確定的，在運行期中不會改變局部變量表的大小。

• 此區(qū)域可能出現(xiàn)的異常：
  棧是有深度的，方法調(diào)用層次超過棧的深度，就會出現(xiàn)StackoverflowError,一般是遞歸調(diào)用時，基線條件不合理時，容易出現(xiàn)此問題。
  當(dāng)棧的深度增大時，所需要的局部變量表空間也隨之增長，當(dāng)超過一定界限時，會出現(xiàn)OutOfMemoryError異常。

1.2 本地方法棧

• 作用：
  本地方法棧與虛擬機棧的區(qū)別是調(diào)用的是不同類型的方法，本地方法棧用于記錄native方法的調(diào)用，本地方法棧中未對native方法實現(xiàn)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等做強制規(guī)定，主要由虛擬機自己定義并實現(xiàn)。

• 注：
  由于本地方法棧和虛擬機棧的作用非常相似，因此部分虛擬機的實現(xiàn)中，就將這兩塊區(qū)域合并成了一個區(qū)域，例如比較常用的Hotspot。

• 此區(qū)域可能出現(xiàn)的異常
  與虛擬機棧相同，此區(qū)域也有可能出現(xiàn)StackoverflowError或OutOfMemoryError。

1.3 堆

• 作用：
  堆是jvm是管理的內(nèi)存中最大的一塊，此區(qū)域只有一個作用就是存放對象實例。（java是面向?qū)ο笳Z言--》堆用于存放對象實例 --》堆占用空間最大，嗯，沒毛病鐵子。）

• 注 ：
  由于此區(qū)域占用內(nèi)存空間最大，而且對象的創(chuàng)建與銷毀是比較頻繁的，那內(nèi)存空間不夠用了怎么辦？跟殺豬挑最肥的宰是一個道理，此區(qū)域是垃圾回收的主要區(qū)域。java為我們省去了代碼層手動釋放內(nèi)存的工作，通過垃圾回收器來實現(xiàn)自動化的內(nèi)存回收（《7天精通java》：《21天c++從入門到入土》，知道自動垃圾回收的重要性了吧）

• 此區(qū)域可能出現(xiàn)的異常：
  為對象分配空間時，內(nèi)存不足，會出現(xiàn)OutOfMemoryError（敲黑板）。
  對應(yīng)的排查策略：配置參數(shù)-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,這樣虛擬機在出現(xiàn)此異常時，會生成內(nèi)存堆存儲快照，使用工具Eclipse Memory Analyzer或jprofiler，可以分析某些對象占用空間百分比，快速定位到問題，如果代碼存在問題，例如不停的創(chuàng)建某些對象，但并不釋放，那就要通過修改代碼來解決問題，如果代碼不存在問題，就需要通過加大物理內(nèi)存，調(diào)整jvm堆參數(shù)來增加堆大小。（-Xms 堆初始化大小，-Xms 對空間最大大小，實際配置過程中，一般設(shè)置成一樣的大小，避免出現(xiàn)內(nèi)存抖動，影響穩(wěn)定性）

1.4 方法區(qū)

• 作用：
  方法區(qū)主要用于存取類信息、常量、靜態(tài)變量、運行時常量池等。

• 分析：
  運行時常量池用于存取字面量和符號引用，當(dāng)使用雙引號聲明String變量時，此變量并不是開辟到堆空間當(dāng)中，而是開辟到方法區(qū)中的運行時常量池中的，運行時常量池不僅可以在編譯期產(chǎn)生，也可以在程序運行期間，動態(tài)產(chǎn)生，例如String中的intern方法，就是在程序運行狀態(tài)中將字符串值放到運行時常量池中的。

• 此區(qū)域可能出現(xiàn)的異常：
  此區(qū)域在內(nèi)存不足時，也會出現(xiàn)OutOfMemoryError異常。

1.5 程序計數(shù)器

• 作用：
  程序計數(shù)器主要是用于記錄當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器，即當(dāng)前線程執(zhí)行到了哪一行，由于功能比較簡單，所以與其他幾個區(qū)域相比，內(nèi)存空間占用的非常小。

• 此區(qū)域可能出現(xiàn)的異常：
  程序計數(shù)器的作用決定了在此區(qū)域中不會出現(xiàn)由程序本身導(dǎo)致的異常，如果此處出現(xiàn)異常，是jvm本身的設(shè)計缺陷。

• 注：
  如果線程執(zhí)行的是java方法，計數(shù)器對應(yīng)的是字節(jié)碼指令的地址，但是如果是native方法，底層是非java實現(xiàn)的，此時計數(shù)器對應(yīng)的值是undefined

• 引申：
  說到了程序計數(shù)器，在部分編程語言中，是支持goto關(guān)鍵字的，goto可以讓程序直接跳轉(zhuǎn)到指定行，java是不支持goto的，但是把goto作為了保留字，即java不支持此種語法，但是也不讓開發(fā)者去定義為變量，防止后續(xù)java發(fā)展過程中，加入goto關(guān)鍵字后，導(dǎo)致部分程序運行異常。

1.6 線程共享區(qū)與線程獨占區(qū)

??上面五個區(qū)域中，方法區(qū)和堆是線程共享的區(qū)域，這兩個區(qū)域中放置的內(nèi)容是與線程無關(guān)的，任意一個線程都可能會訪問到這兩塊區(qū)域中的內(nèi)容。
??對于每個線程來說，它的調(diào)用方法棧應(yīng)該是獨屬于某個線程的，如果多個線程共用一個方法棧那程序的執(zhí)行順序是無法得到保障的，線程執(zhí)行到哪一行應(yīng)該也是唯一的，因此方法棧、程序計數(shù)器是線程獨占的。

感謝各位的閱讀，以上就是“jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)的原理及應(yīng)用”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)的原理及應(yīng)用這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是創(chuàng)新互聯(lián)，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點的文章，歡迎關(guān)注！

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